JPH01185980A - 超電導積層体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １束よ公租朋立駈 本発明はシリコン単結晶基板上に超電導薄膜が形成され
た超電導積層体に関するものである。

災来■肢止 近年、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系で代表される酸化物焼結体
が液体窒素の沸点（７７Ｋ）より高いｂｎｎ層温度超電
導状態に入ることが見出されて脚光を浴びている。この
種の酸化物焼結体による高温超電導の膜は、例えば、ス
パッタリング法やスクリーン印刷法によって作製するこ
とが一般的に知られている。上記スパッタリング法では
、まず酸化物超電導体を作製した後、この酸化物超電導
体をスパッタリング装置の陰極、或いは陽極の一方を構
成するターゲツト材として配置し、対極に配設された基
板上に酸化物超電導物質をスパッタリングするものであ
る。

ところで、上記基板としては、通常、Ａｌ２Ｏ３（サフ
ァイア）、Ｍｇ０（酸化マグネシウム）、ｙｓｚ　＜イ
ツトリアで安定化したジルコニア）、３ｒＴｉＯ３（チ
タン酸ストロンチウム）結晶が用いられているが、これ
らの材料を用いた基板は高価であり、且つ小口径のもの
しか得られないという問題がある。

そこで、安価で且つ大口径のものが存在するシリコン単
結晶基板を用い、その上に超電導薄膜を形成することが
考えられる。

日が”′しよ゛と　る。　占 しかしながら、シリコン単結晶基板上に直接超電導薄膜
を形成する場合には、５００℃以下の低部下で行なわな
いと超電導物質とシリコン単結晶との反応が進むため、
実際上は困難であるという問題点を有していた。

本発明は従来のこのような問題点に鑑み、高温下であっ
てもシリコン単結晶基板と超電導薄膜との間の反応を抑
制した状態で超電導薄膜を形成することのできる特異な
構造の超電導積層体を提供することを目的とするもので
ある。

６　占　”ン　るための 本発明の超電導積層体は上記目的を達成するために、シ
リコン単結晶基板上にマグネシアスピネル単結晶膜が形
成され、このマグネシアスピネル単結晶膜上に酸化マグ
ネシウム単結晶膜が形成され、この酸化マグネシウム単
結晶膜上に超電導薄膜が形成されていることを特徴とす
る。

作−一一里 上記構成であれば、シリコン単結晶基板と超電導薄膜と
の間に、バリア層としてマグネシアスピネル単結晶膜と
酸化マグネシウム単結晶膜とが介在しているので、高温
下での製造にあってもシリコン単結晶基板と超電導薄膜
との間で反応が生じるのを抑制することができる。これ
により、大面積の超電導薄膜を安価に得ることができる
。更に、従来より集積回路の基材として用いられている
シリコン基板を使用できるため、同一シリコン基板上に
超電導物質を用いたセンサー等のデバイスと信号処理、
メモリ機能などの集積回路とを搭載することができる。

そして、その場合配線部分を超電導体で構成しうるので
、応答速度に優れた信号処理、メモリ機能が付加された
ワンチップの超電導デバイスを得ることが可能となる。

尚、バリア層をマグネシアスピネル単結晶膜と酸化マグ
ネシウム単結晶膜との二層構造とするのは、シリコン基
板上に結晶性の良い酸化マグネシウム単結晶膜を直接成
長させることは不可能である一方、マグネシアスピネル
単結晶膜上に結晶性の優れた超電導物質を付着させるこ
とは困難であるという理由による。

また、酸化マグネシウム単結晶上に結晶性の優れた超電
４３膜を作製しうろことは一般的に知られている（Ｊ、
Ｊ、Ａ、Ｐ、２６（８）、Ｌ１３２０，１９８７参照〕
。

実−」Ｌ−桝 本発明の一実施例を、第１図乃至第３図に基づいて、以
下に説明する。

本発明の超電導積層体は、第１図に示すように、シリコ
ン基板ｌ上にマグネシアスピネル（ＭｇＯ・Ａｊ２ｚＯ
１）単結晶膜２が形成さており、このマグネシアスピネ
ル単結晶膜２上には酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶
膜３が形成されている。

更に、上記酸化マグネシウム単結晶膜３上にはＹ−Ｔ３
ａ−Ｃｕ−０系の超電導薄膜４が形成されている。

ところで、上記超電導積層体は以下のようにして製造さ
れる。尚、第２図はＣ，ＶＤ法によるＡＪ−ＨＣｌ−Ｍ
ｇＣ！！ｚ　−ＣＯ２−Ｈ２系気相エピタキシャル成長
装置の概要図である。

先ず初めに、第２図に示すように、固体Ｍ　ｇ　Ｃ１２
ソース６を蒸発させ、ＭｇＣｌ２ガスをシリコン基板１
・・・に輸送する。これと並行して、第１ガス導入口８
から導入したＨ（ｌガスとＡ６ソース７とを反応させる
ことによりＡ　Ｉ　Ｃｌ　３ガスを作成し、このＡ１．
Ｃ１，ガスを上記シリコン基板１・・・へ輸送する。こ
こで、これら両ガスと第２ガス導入口９から導入された
Ｃ　Ｏｚガス及び第１〜第３ガス導入口８〜１０から他
のガスと共に導入されたＨ２ガスとを反応させる。

ＭｇＣ１□＋２　Ａ　Ｉ　ＣＩｌ　３　＋　４　ＣＯｚ
　＋　４　Ｈｚ→Ｍ　ｇ　Ｏ−Ａ　ｌ　ｚ　Ｏ：ｌ　＋
　４　ＣＯ＋８　ＨＣｌ・・・（１）上記（１）弐に示
す反応が装置内で生じ、これによって、シリコン基板１
・・・上にエピタキシャル成長されたマグネシアスピネ
ル（ＭｇＯ−Ａｆｆｉ□０３）単結晶膜２が形成される
。

面、上記マグネシアスピネル単結晶膜２のエピタキシャ
ル成長時の条件を下記第１表に示す。

〔以下余白〕

表Ｉ　　ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３の成長条件次に、同一の気
相成長装置内において、Ａｌソース７に流すＨＣｆｆガ
スの輸送を停止する。これにより、ＡｆｌＣ１！３ガス
がシリコン基板１・・・へ輸送されるのが停止し、シリ
コン基板１・・・へは前記ＭｇＣｊ２．ガス、Ｃ０２ガ
ス及びＨ２ガスが輸送される。そして、これら３種類の
ガスを反応させる。

ＭｇＣβ２　＋ＣＯ２＋ｌ（。

→Ｍｇ○＋ＣＯ＋２ＨＣβ・・・（２）上記（２）式に
示す反応が装置内で生じ、これによって、前記マグネシ
アスピネル単結晶膜２上にエピタキシャル成長された酸
化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶膜３が形成される。

尚、上記酸化マグネシウム単結晶膜３のエピタキシャル
成長時の条件を下記第２表に示す。

このようにした得たシリコン基板１上のマグネシアスピ
ネル単結晶膜２と酸化マグネシウム単結晶膜３とから成
る連続単結晶膜上に、スパッタリング法によりＹ−Ｂａ
−Ｃｕ−０系の超電導薄膜４を形成する。この時のスパ
ッタリング条件を下記第３表に示す。

〔以下余白〕

第３表 このようにして、本発明の超電導積層体は製造される。

ここで、上記Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の超電導薄膜４の電
気抵抗と温度との関係を調べたのでこの結果を第３図に
示す。

第３図より、上記超電導薄膜４は約１３０Ｋから超電導
が開始され、８５にで完全な超電導が得られることが認
められる。

尚、上記実施例においては、超電導薄膜としてＹ−Ｂａ
−Ｃｕ−０系の超電導薄膜を用いたが、これに限定され
るものではな（、いかなる超電導薄膜でもよいことは勿
論である。

また、気相エピタキシャル成長装置本体内の加熱は、該
装置本体外近傍に設けられたヒータ１１・・・にて行な
う。

光肌ｑ羞果 以上説明したように本発明によれば、バリア層が存在す
るので、高温下での製造にあってもシリコン単結晶基板
と超電導薄膜との間の反応を抑制することができる。こ
の結果、大面積の超電導薄膜を極めて安価に得ることが
できるという効果を奏する。更に、前記シリコン単結晶
基板はその上に信号処理、メモリ機能などの集積回路を
併せて搭載することもできるので、配線部分を超電導体
で構成した応答速度に優れた信号処理、メモリ機能が付
加された超電導デバイスを得ることが可能となる。これ
により、超電導薄膜を用いた電子部品の性能を飛躍的に
向上させることができるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図はマグ
ネシアスピネル（Ｍ　ｇ　Ｏ・Ａ　１２０３　）単結晶
膜及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶膜の気相成長
装置の断面図、第３図はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の超電導
薄膜における電気抵抗の温度依存性を示すグラフである
。 １・・・シリコン基板、２・・・マグネシアスピネル単
結晶膜、３・・・酸化マグネシウム単結晶膜、４・・・
超電導薄膜、６・・・ＭｇＣβ２固体ソース、７・・・
Ａβ固体ソース、８・・・第１ガス導入口、９・・・第
２ガス導入口、１０・・・第３ガス導入口である。 出願人　：　三洋電機　株式会社 代理人　：　弁理士　中島　司朗 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン単結晶基板上にマグネシアスピネル単結
   晶膜が形成され、このマグネシアスピネル単結晶膜上に
   酸化マグネシウム単結晶膜が形成され、この酸化マグネ
   シウム単結晶膜上に超電導薄膜が形成されていることを
   特徴とする超電導積層体。